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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine unter Druck kuppelbare Hydraulik-Kupplung,
bestehend aus einem nehmerseitigen und einem geberseitigen Kupplungsteil, wie sie
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist. Dabei bezeichnet der Begriff
"Geberseite" die Seite der Hydraulikpumpe und "Nehmerseite" die Seite des Zusatzaggregates.
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Bei Kupplungen der bekannten Art (z.B. DE-PS 30 15 485l die beidseitig
nur einfachen Ventilhub aufweisen, würden bereits durch das Kuppeln der beiden Kupplungsteile
beide Ventile geöffnet. Da jedoch häufig bereits vor dem Kuppeln nehmerseitig hoher
Druck vorliegt, z.B. bei einem abgestellten Fahrzeuganhänger, muß bei derartigen
Kupplungen gegen den vollen Strömungsmitteldruck gekuppelt werden, wozu hohe Kraft
erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Hydraulik-Kupplung ist dagegen zur Ermöglichung
des Kuppelns unter nehmerseitigem Druck auf der Geberseite mit doppeltem Ventilhub
ausgestattet, wodurch während des Kuppelns das unter Druck stehende nehmerseitige
Ventil geschlossen bleibt und somit lediglich die Federkraft der geberseitigen Ventilschließfeder
überwunden werden muß. Erst nachdem geberseitig durch eine Hydraulikpumpe ebenfalls
Druck aufgebaut wurde, öffnet sich das nehmerseitige Ventil, so daß beide Ventile
die Stellung des einfachen Hubes einnehmen und so den Strömungsweg freigeben.
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Jedoch könnte hierbei durch schnelles Rückströmen des Hydraulikmediums,
z.B. bei schnellem Senken von Lasten, ein sogenannter Rückschlageffekt auftreten,
d.h. das Ventil der Nehmerseite schließt ungewollt und blockiert so die Hydraulikströmung.
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Um diesen Effekt zu verhindern, ist bei einer weiteren aus dem Stand
der Technik bekannten Hydraulik-Kupplung eine Sperre vorgesehen, die den für das
Kuppeln unter Druck erforderlichen doppelten Ventilhub im Betriebszustand der Kupplungsverbindung
begrenzt. Diese Sperre ist in der Form eines Sperrstiftes senkrecht zu dem zu sperrenden
Ventilschaft angeordnet und greift in eine Nut des Ventilschaftes ein. Um die Bewegung
des Ventils in Schließrichtung zu jeder Zeit zu garantieren, z.b. zum Trennen der
Kupplung, weist dieser Sperrstift auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite
eine Schräge auf, so daß der Rand der Ventilschaftnut den Sperrstift durch die Schließbewegung
des Ventils aus der Nut drücken kann. Um bei einem nachfolgenden Wiedereinkuppeln
des Steckers in die Muffe den doppelten Ventilhub zu erreichen, befindet sich am
Ende des Ventilschaftes eine in axialer Richtung verschiebbare Hülse, auf der in
diesem beschriebenen Zustand der Muffe der Sperrstift aufliegt. Das Kuppeln der
Kupplungshälften bewirkt die Bewegung des Muffenventils in Richtung des doppelten
Hubes, so daß die Hülse, die durch Reibung von der Spitze des Sperrstiftes festgehalten
wird, die Ventilschaftnut verschließt und verhindert wird, daß der Sperrstift in
die Nut eingreift. Erst wenn nach dem Einkuppeln der Kupplungshälften geberseitig
Druck aufgebaut wird, bewegt sich das Muffenventil in Schließrichtung, wodurch der
Sperrstift die Hülse festhält, die ihrerseits dadurch die Ventilschaftnut wieder
freigibt und so der Sperrstift wieder in die Nut einrasten kann. In diesem Zustand
ist die Betriebsstellung der beiden Ventile wieder garantiert, bis die Kupplungsverbindung
getrennt wird.
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Ein Nachteil dieser beschriebenen Sperreinrichtung ist jedoch, daß
ein Einrasten des Sperrstiftes in die Ventilschaftnut nicht immer sicher gewährleistet
ist. Sollte sich nämlich bei bestimmten Druckverhältnissen das nehmerseitige Ventil
nicht vollständig öffnen, würde demzufolge auch die Sperrnut des geberseitigen Ventils
nicht in den Bereich des Sperrstiftes gelangen können, wodurch die Spitze des Sperrstiftes
vor der Nut auf dem Ventilschaft aufliegen und somit die Schließbewegung des nehmerseitigen
Ventils nicht sperren würde. Somit kann es unter bestimmten Bedingungen nach wie
vor zu ungewolltem Blockieren der Hydraulikströmung kommen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend
von der unter Druck kuppelbaren Hydraulik-Kupplung der beschriebenen Art diese derart
zu verbessern, daß es unter allen im Betriebszustand auftretenden Bedingungen zu
keinem ungewollten Blockieren der Hydraulik-Strömung kommen kann.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Sperrmittel innerhalb
des geberseitigen Kupplungsteils abhängig vom Druck der Geberseite arbeitend und
insbesondere derart untergebracht sind, daß sie vom Druck der Geberseite direkt
beaufschlagbar sind. Dazu ist es vorteilhaft, wenn der Ventilschaft des geberseitigen
Ventils hohl ausgeführt ist, und die Sperrmittel innerhalb dieses hohlen geberseitigen
Ventilschaftes untergebracht sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind
in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten.
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Kennzeichnend für die erfindungsgemäß ausgebildete Hydraulik-Kupplung
ist demnach das Vorhandensein von Sperrmitteln, die in Abhängigkeit vom geberseitigen
Druck arbeiten, so daß die Sperrung des doppelten Ventilhubes nicht dem Zufall überlassen
bleibt, wie es bei der o.a. bekannten Hydraulik-Kupplung der Fall ist Durch die
innerhalb des in Richtung der Geberseite stirnseitig geöffneten Ventilschafts untergebrachten
Sperrmittel wird die Sperrung durch den geberseitigen Druck gesteuert, und der Betriebszustand
bis zum Trennen der Kupplungsverbindung sicher aufrechterhalten.
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Anhand der Zeichnungen soll im folgenden die Erfindung näher erläutert
werden. Bei der beschriebenen Hydraulik-Kupplung handelt es sich um ein geberseitiges
Muffenventil und ein nehmerseitiges Steckerventil, jedoch liegt es durchaus im Rahmen
der Erfindung, dies auch umgekehrt vorsehen zu können. Hierbei sind selbstverständlich
auch feste Einbaulagen der Kupp-
lungsteile, z.B. in Fahrzeugwänden,
möglich. In schematischen Längsschnittdarstellungen zeigt Fig. 1 die beiden Kupplungsteile
der erfindungsgemäßen Hydraulik-Kupplung in lagerichtiger Zuordnung zueinander vor
dem Kuppeln bzw. nach dem Entkuppein, Fig.2 die Hydraulik-Kupplung mit ineinandergesteckten
und in dieser Kupplungslage verriegelten Kupplungsteilen, jedoch mit noch steckerseitig
geschlossenem Strömungsweg, und Fig. 3 die Hydraulik-Kupplung nach Fig. 2,jedoch
mit geöffnetem Strömungsweg. wobei diese Ventilstellung von der erfindungsgemäßen
Sperre in dieser Lage gehalten wird.
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Fig. 1 zeigt einen mit Strömungsmitteldruck P beaufschlagten nehmerseitigen
Hydraulikstecker 1 vor dem Kuppeln bzw. nach dem Entkuppeln in lagerichtiger Zuordnung
zu einer drucklosen Hydraulikmuffe 2. Die jeweils der Verbindungsseite der beiden
Kupplungsteile axial gegenüberliegenden Seiten dienen zum Anschluß von nicht dargestellten
Strömungsmittelleitungen.
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Innerhalb der Gehäuse des Steckers 1 und der Muffe 2 befinden sich
je ein Ventil 3, 4, die jeweils aus einem zylindrischen Ventilschaft 5, 6 und einem
Ventilkegel 7, 8 bestehen, wobei diese Ventilkegel 7 , 8 stirnseitige Ansätze 9,
10 aufweisen. Inwendig sind die Gehäuse des Steckers 1 und der Muffe 2 kupplungsseitig
als konische Ventilsitzflächen 13, 14 ausgebildet, mit denen zusammen die Ventilkegel
7,8 als Verschlußstücke wirken. Die Ventile 3, 4 werden durch Ventilschaft-Führungshülsen
15, 16 innerhalb des Steckers bzw. der Muffe axial geführt. Diese Ventilschaft-Führungshülsen
15, 16 weisen mehrere Radialstege 17, 18 auf, die an den Innenwandungen der Gehäuse
abgestützt sind und so die Ventilschaft-Führungshülsen 15, 16 axialfest lagern.
Zwischen den Radialstegen 17, 18 und den Rückseiten der Ventilkegel 7, 8 befindet
sich je eine die Ventilschäfte 5, 6 konzentrisch umschließende Schließfeder 19,
20, wodurch bei entkuppelten Kupplungsteilen die Ventile 3,4 in ihrer Schließlage
gehalten werden, d.h. die Ventilkegel 7,8 sorgen durch den Druck der Schließfedern
19,20 für eine Abdichtung der Ventilsitzflächen 13, 14. in der dargestellten Lage
von Stecker 1 und Muffe 2 befinden sich die Ventile 3, 4 im ständigen Kontakt miteinander,
und zwar über die stirnseitigen Ansätze 9, 10 der Ventilkegel 7, 8. Daraus folgt,
daß während des Kuppelvorganges das unter Druck A stehende steckerseitige Ventil
3 das drucklose muffenseitige Ventil 4 in axialer Richtung verschiebt, d.h. öffnet,
und zwar in die Stellung des doppelten Ventilhubes.
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In Fig. 2 ist die Kupplungsverbindung in dem Zustand dargestellt,
daß der Stecker 1 nach wie vor unter Druck Pr steht und die Muffe 2 noch drucklos
ist. Stecker 1 und Muffe 2 sind durch eine bekannte Verriegelungsvorrichtung mit
in eine umlaufende Ringnut 22 des Steckers 1 eingreifenden Sperrkugeln 23 sowie
mit einer Verschiebehülse 24 gegenseitig in der Kupplungslage verriegelt.
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Die Einzelheiten dieser Verriegelung sind Stand der Technik und bedürfen
daher keiner weiteren Erläuterung. Das geschlossene, unter Druck P stehende Ventil
des Steckers 1 hat das Ventil 4 der Muffe 2 gegen den Druck der Schließfeder 20
geöffnet und in die Stellung des doppelten Ventilhubes bewegt. In diesem Zustand
wird von einer Hydraulikpumpe auf der Muffenseite ein Gegendruck P2 aufgebaut, was
der gestrichelte Pfeil darstellen soll. Dadurch wird sich bei Druckgleichgewicht
P = P2 das Steckerventil 3 öffnen, wodurch sich das Muffenventil 4 in die Stellung
des einfachen Hubes
bewegt. In dieser Stellung soll nun jegliche Ventilbewegung verhindert
werden, was sonst ungewolltes Blockieren der Hydraulik-Strömung zur Folge hätte.
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Der Sperrzustand ist in Fig. 3 dargestellt, beidseitig ist die Kupplungsverbindung
mit Strömungsmitteldruck PI. P2 beaufschlagt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen,
daß Sperrmittel derart innerhalb der geberseitigen Muffe untergebracht sind, daß
die Sperrung der Ventile abhängig vom geberseitigen Druck erfolgt. Dazu ist es vorteilhaft,
daß der muffenseitige Ventilschaft 6 hohl ausgeführt ist, damit hier die Sperrmittel
vom Druck der Geberseite direkt beaufschlagbar sind. Weiterhin ist es vorteilhaft,
daß die Ventilschaft-Führungshülse 16 in ihrer Innenwandung eine ringförmige Nut
25 aufweist, deren der Ventilsitzfläche 14 zugekehrte Kante 26 über ihren ganzen
Umfang in einem Winkel von etwa 450 gegen die Kupplungs-Mittelachse abgeschrägt
ist, und deren andere Kante 27 über ihren ganzen Umfang einen rechten Winkel mit
der Mittelachse einschließt. Der hohle muffenseitige Ventilschaft 6 weist erfindungsgemäß
an seiner dem Ventilkegel 8 gegenüberliegenden Stirnseite eine kreisförmige Öffnung
28 auf, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Ventilschaftes
6. Außerdem ist vorteilhafterweise eine Öffnung 29 in der Wandung des Ventilschaftes
6 vorgesehen. Diese Öffnung 29 ist so gestaltet, daß sie zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen
T-förmigen Sperrhebels 30 geeignet ist, und zwar insbesondere derart, daß der Sperrhebel
30 mit seinem den waagerechten T-Schenkel bildenden zylinderförmigen Querstück 31
in der Ventilschaftöffnung 29 senkrecht zur Ventilachse derart gelagert ist, daß
sein den anderen T-Schenkel bildendes Längsstück 32, das längs der Ventilachse in
Richtung der stirnseitigen Ventilschaftöffnung 28 angeordnet ist, in radialer Richtung
aus dem Ventilschaft 6 heraus schwenkbar ist, um in die Nut 25 der Ventilschaft-Führungshülse
16 eingreifen zu können, gerade wenn der in Fig. 3 dargestellte Kupplungszustand
vorliegt. Die Kippbewegung des Sperrhebels 30 wird dabei vorteilhafterweise durch
eine Kugel 33 gesteuert, die sich ebenfalls innerhalb des hohlen Ventilschaftes
6 befindet, und zwar zwischen seinem offenen Ende 28 und dem Ende des Sperrhebel-Längsstückes
32. Das Ende des Sperrhebel- Längsstückes 32 liegt dabei vorteilhafterweise tangential
an der Kugeloberfläche an, und zwar auf der dem Ventilschaft-Wandungsöffnung 29
zugekehrten Hälfte der Kugel 33. Der Durchmesser der Kugel 33 ist dabei geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser des Ventilschaftes 6, um eine eine axiale Beweglichkeit
der Kugel zu gewährleisten . Die Kugel 33 kann den Ventilschaft 6 an dessen offener
Stirnseite 28 nicht verlassen, da der Durchmesser der Öffnung 28 kleiner ist als
der Durchmesser der Kugel. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung ist die Kugel
33 durch geberseitige Druckbeaufschlagung P2 bestrebt, sich innerhalb des Ventilschaftes
6 auf den Sperrhebel 30 zuzubewegen und dessen Längsstück 32 in radialer Richtung
aus der Ventilschaft-Öffnung 29 hinaus zu kippen.
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Der Sperrhebel 30, die Ventilschaft-Wandungsöffnung 29 und die Nut
25 in der Innenwandung der Ventilschaft-Führungshülse 16 sind dabei erfindungsgemäß
derart zueinander angeordnet, daß das Sperrhebel-Längsstück 32 gerade dann in die
Nut 25 eingreifen kann, wenn die Ventile die in Fig. 3 dargestellte Stellung einnehmen,
also wenn der Betriebszustand der Kupplungsverbindung vorliegt. Dabei weist das
Ende des in die Nut 25 eingreifenden Sperrhebel-Längsstückes 32 erfindungsgemäß
eine Fläche 34 auf, die derart gestaltet
ist, daß sie in der geschwenkten
Sperrstellung des Sperrhebels 30 eine Anlage an die zur Kupplungs-Mittelachse rechtwinkligen
Nutkante 27 bildet. Dadurch ist gewährleistet, daß sich bei Strömungsmittelrückfluß
in Richtung der Geberseite das Sperrhebel-Längsstück 32 mit seiner Fläche 34 an
der Nutkante 27 abstützen und dadurch nicht aus der Nut herauskippen kann. Befindet
sich diese Sperrvorrichtung der erfindungsgemäßen Hydraulik-Kupplung einmal in diesem
Sperrzustand, kann es nicht mehr zu einem ungewollten Blockieren der Hydraulik-Strömung
kommen, da jegliche Ventilbewegung unterbunden ist. Erst durch Entkuppeln von Stecker
1 und Muffe 2 schließen beide Ventile 3,4 wieder, bedingt durch die Schließfedern
19,20. In der Muffe 2 sorgt dazu die schräge Nutkante 26 in der Ventilschaft-Führungshülse
16 dafür, daß durch die Bewegung des Ventils 4 in Schließrichtung das Sperrhebel-Längsstück
32 in den hohlen Ventilschaft 6 zurückgedrückt wird, wodurch auch die Kugel zurück
in Richtung der stirnseitigen Ventilschaftöffnung bewegt wird.
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Es ist jetzt wieder der in Fig. 1 dargestellte Kupplungszustand erreicht.
Damit nun nicht beim Kuppeln bereits ein Sperren des doppelten Ventilhubes auftritt,
was je nach Einbaulage der Kupplung durch schwerkraftbedingtes "Herabfallen" des
Sperrhebel- Längsstückes 32 in die Nut 25 erfolgen könnte, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß beide Schenkel des zylinderförmigen Sperrhebel-Querstückes 31, das in der dafür
vorgesehenen Ventilschaft-Wandungsöffnung 29 gelagert ist, im Bereich dieser Lagerung,
und zwar auf der Seite des Längstückes 32 je zwei ebene Anlageflächen 35, 36 aufweisen.
Diese Anlageflächenpaare 35,36 sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, daß ein
Anlageflächenpaar 35 im versenkten Zustand des Sperrhebels 30 senkrecht zur Ventilachse
sowie parallel zu den ebenfalls zur Ventilachse senkrechten Wandungen der Ventilschaftöffnung
29 steht, und daß das andere Anlageflächenpaar 36 diese Lage in der Sperrstellung
des Sperrhebels 30 einnimmt. Weiterhin ist nach der Erfindung eine Spiralfeder 37
innerhalb des Ventilschaftes 6 vorgesehen, die mit Vorspannung zwischen dem Ventilkegel
8 und dem Sperrhebel 30 sitzt. Durch diese Spiralfeder 37 wird der Sperrhebel 30
sowohl im versenkten Zustand als auch im gekippten Sperrzustand mit je einem seiner
Anlageflächenpaare 35,36 gegen die zur Ventilachse senkrechte Wandung der Ventilschaftöffnung
29 gedrückt. Dadurch wird erreicht, daß ein bestimmter Widerstand überwunden werden
muß, um den Sperrhebel 30 zu kippen. Dieser Widerstand wird erfindungsgemäß erst
durch die druckbeaufschlagte Kugel 33 in der o.a. beschriebenen Weise überwunden,
wodurch gewährleistet ist, daß beim Kuppeln der erfindungsgemäßen Hydraulik-Kupplung
kein Sperren des für das Kuppeln unter Druck notwendigen doppelten Ventilhubes auftreten
kann.
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Genausowenig kann aber auch der Sperrhebel 30 aus seiner Sperrlage
in den Ventilschaft 6 "herabfallen", weil hier die an die Ventilschaftwandung gepreßte
Fläche 36 dies verhindert. Außerdem treten bei Rückströmung des Hydraulikmediums
in Richtung der Geberseite hinter der Kugel 33 Verwirbelungen auf, wodurch sie ihre
in Fig. 3 gezeigte Lage beibehält und die Sperrstellung des Sperrhebels 30 unterstützt.
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In dem Fall, daß vor dem Kuppeln der Kupplungsverbindung beide Seiten
drucklos sind, wird die Betriebsstellung nach Fig. 3 sofort durch das Kuppeln erreicht,
d.h. beide Ventile öffnen ohne vorhergehende Stellung des doppelten geberseitigen
Ventilhubes. Der Sperrhebei befindet sich demnach auch noch nicht in Sperrstellung,
jedoch wird durch geberseitigen Druckaufbau P2 die Kugel 33 sofort diese Sperrstellung
des Sperrhebels 30 bewirken.
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Die Abkapselung des Verriegelungsmechanismus durch einerseits die
Kugel 33 und andererseits den Sperrhebel 30 sowie die Abschirmung durch die Ventilführungshülse
16 machen den gesamten Mechanismus in vorteilhafter Weise unempfindlich gegen Verschmutzungen
im Hydraulikmedium im Gegensatz zu bekannten Hydraulikkupplungen, bei denen die
Sperrvorrichtungen vom Medium umspült werden.
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Die erfindungsgemäße Hydraulik-Kupplung vereinigt demnach in sich
die Vorteile der leichten Kuppelbarkeit auch unter hohem nehmerseitigen Strömungsmitteldruck
und der hohen Betriebssicherheit bei allen auftretenden Druckverhältnissen, wie
z.B. bei schnellem Rückströmen des Hydraulikmediums.